(57)【要約】【課題】  超高速の光スイッチや小型で高効率の全光シリアル−パラレル変換装置などを実現可能とする光信号処理方法、および、その方法を利用した光信号処理装置を提供すること。【解決手段】  右回り円偏光の第１の制御光パルス１４ａによりダウンスピンのキャリアのみを励起すると、直線偏光の信号光１５は楕円偏光に変化して光スイッチ１２から反射され、入力される信号光の偏波と直交したポラライザ１３を通過して信号光の出力が得られるようになる。一方、第１の制御光パルス１４ａと逆の円偏光を有する左回り円偏光の第２の制御光パルス１４ｂによりアップスピンのキャリアを励起して、アップとダウンのスピンの数を強制的に一致させると、信号光１５は直線偏光のまま光スイッチ１２で反射され、ポラライザ１３を通過することができなくなり、光スイッチ１２をオフ状態へと急峻に移行させることが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重量子井戸構造を有する光スイッチング素子の光信号処理方法であって、
前記光スイッチング素子に、右回り又は左回りの第１の円偏光状態を有する第１の制御光パルスを照射してアップ又はダウンの何れか一方のスピン状態にあるキャリアのみを励起する第１のステップと、
前記光スイッチング素子に、前記第１の円偏光状態とは逆回りの第２の円偏光状態を有する第２の制御光パルスを照射して他方のスピン状態にあるキャリアのみを励起する第２のステップと、を備え、
前記第２の制御光パルスの照射光強度は、当該照射時において前記多重量子井戸構造中で励起状態にある前記一方のスピン状態にあるキャリアを補償するように選択され、
前記第１のステップにより光信号のゲートを開にする一方、前記第２のステップにより光信号のゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ信号光を出力させること、を特徴とする光信号処理方法。
【請求項２】
多重量子井戸構造を有する少なくとも１つの光スイッチと、当該光スイッチに入射させる信号光と第１および第２の制御光パルスの各々の光路を決定するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタにより光路決定された前記第１および第２の制御光パルスを互いに逆回りの円偏光に変換する少なくとも１つの１／４波長板と、前記ビームスプリッタを通過した前記信号光と第１および第２の制御光パルスを集光して前記多重量子井戸構造の１点に照射する集光手段と、を備え、
前記第２の制御光パルスの照射光強度は、前記第１の制御光パルスの照射により前記多重量子井戸構造中で励起され且つ当該第２の制御光パルスの照射時において励起状態にある一方スピン状態のキャリアを補償する他方スピン状態のキャリアを励起するように選択され、
前記第１の制御光パルスの照射により前記光信号のゲートを開にする一方、前記第２の制御光パルスの照射により前記光信号のゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ信号光を出力させること、を特徴とする光信号処理装置。
【請求項３】
前記光信号処理装置には光スイッチと１／４波長板の組が２組備えられており、当該光スイッチと１／４波長板の各々の組は前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられ、前記ビームスプリッタに入力された前記第１および第２の制御光パルスは前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられた各々の１／４波長板により互いに逆回りの円偏光に変換されて前記光スイッチが有する各々の多重量子井戸構造の１点に照射されること、を特徴とする請求項２に記載の光信号処理装置。
【請求項４】
多重量子井戸構造を有する少なくとも１つの光スイッチと、当該光スイッチに入射させる信号光と第１および第２の制御光パルスの各々の光路を決定するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタにより光路決定された前記第１の制御光パルスと前記第２の制御光パルスを互いに逆回りの円偏光に変換する少なくとも１組の１／４波長板および−１／４波長板と、前記ビームスプリッタを通過した前記信号光と第１および第２の制御光パルスを集光して前記多重量子井戸構造の１点に照射する集光手段と、を備え、
前記第２の制御光パルスの照射光強度は、前記第１の制御光パルスの照射により前記多重量子井戸構造中で励起され且つ当該第２の制御光パルスの照射時において励起状態にある一方スピン状態のキャリアを補償する他方スピン状態のキャリアを励起するように選択され、
前記第１の制御光パルスの照射により前記光信号のゲートを開にする一方、前記第２の制御光パルスの照射により前記光信号のゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ信号光を出力させること、を特徴とする光信号処理装置。
【請求項５】
前記光信号処理装置には光スイッチと１／４波長板および−１／４波長板の組が２組備えられており、当該光スイッチと１／４波長板および−１／４波長板の各々の組は前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられ、前記ビームスプリッタに入力された前記第１および第２の制御光パルスは前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられた１／４波長板と−１／４波長板の各々により互いに逆回りの円偏光に変換されて前記光スイッチが有する各々の多重量子井戸構造の１点に照射されること、を特徴とする請求項４に記載の光信号処理装置。
【請求項６】
多重量子井戸構造を有するシリアル−パラレル変換素子を用いてシリアル光信号を複数のパラレル光信号に変換するための光信号処理方法であって、
ｋビットの入力光パケット信号を互いに１ビットの位相間隔を有するｋ本の並列光パケットに分岐して前記シリアル−パラレル変換素子に入射する第１のステップと、
前記シリアル−パラレル変換素子に、右回り又は左回りの第１の円偏光状態を有する第１の制御光パルスを照射してアップ又はダウンの何れか一方のスピン状態にあるキャリアのみを励起する第２のステップと、
前記シリアル−パラレル変換素子に、前記第１の円偏光状態とは逆回りの第２の円偏光状態を有する第２の制御光パルスを照射して他方のスピン状態にあるキャリアのみを励起する第３のステップと、を備え、
前記第２の制御光パルスの照射光強度は、当該照射時において前記多重量子井戸構造中で励起状態にある前記一方のスピン状態にあるキャリアを補償するように選択され、
前記第１のステップにより光信号のゲートを開にする一方、前記第２のステップにより光信号のゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ並列光パケットを出力させること、を特徴とする光信号処理方法。
【請求項７】
ｋビットの入力光パケットをｋ本の並列光パケットに分岐する光分岐手段と、当該分岐されたｋ本の並列光パケットの各々が互いに１ビットの位相間隔を有するように位相差を与える光遅延手段と、多重量子井戸構造を有する少なくとも１つのシリアル−パラレル変換素子と、当該シリアル−パラレル変換素子に入射させる前記並列光パケットと第１および第２の制御光パルスの各々の光路を決定するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタにより光路決定された前記第１および第２の制御光パルスを互いに逆回りの円偏光に変換する少なくとも１つの１／４波長板と、前記ビームスプリッタを通過した前記位相遅延された並列光パケットと第１および第２の制御光パルスを集光して前記多重量子井戸構造の１点に照射する集光手段と、を備え、
前記第２の制御光パルスの照射光強度は、前記第１の制御光パルスの照射により前記多重量子井戸構造中で励起され且つ当該第２の制御光パルスの照射時において励起状態にある一方スピン状態のキャリアを補償する他方スピン状態のキャリアを励起するように選択され、
前記第１の制御光パルスの照射により前記並列光パケットのゲートを開にする一方、前記第２の制御光パルスの照射により前記並列光パケットのゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ並列光パケットを出力させること、を特徴とする光信号処理装置。
【請求項８】
前記光信号処理装置にはシリアル−パラレル変換素子と１／４波長板の組が２組備えられており、当該シリアル−パラレル変換素子と１／４波長板の各々の組は前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられ、前記ビームスプリッタに入力された前記第１および第２の制御光パルスは前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられた各々の１／４波長板により互いに逆回りの円偏光に変換されて前記シリアル−パラレル変換素子が有する各々の多重量子井戸構造の１点に照射されること、を特徴とする請求項７に記載の光信号処理装置。
【請求項９】
ｋビットの入力光パケットをｋ本の並列光パケットに分岐する光分岐手段と、当該分岐されたｋ本の並列光パケットの各々が互いに１ビットの位相間隔を有するように位相差を与える光遅延手段と、多重量子井戸構造を有する少なくとも１つのシリアル−パラレル変換素子と、当該シリアル−パラレル変換素子に入射させる前記並列光パケットと第１および第２の制御光パルスの各々の光路を決定するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタにより光路決定された前記第１および第２の制御光パルスを互いに逆回りの円偏光に変換する少なくとも１組の１／４波長板および−１／４波長板と、前記ビームスプリッタを通過した前記位相遅延された並列光パケットと第１および第２の制御光パルスを集光して前記多重量子井戸構造の１点に照射する集光手段と、を備え、
前記第２の制御光パルスの照射光強度は、前記第１の制御光パルスの照射により前記多重量子井戸構造中で励起され且つ当該第２の制御光パルスの照射時において励起状態にある一方スピン状態のキャリアを補償する他方スピン状態のキャリアを励起するように選択され、
前記第１の制御光パルスの照射により前記並列光パケットのゲートを開にする一方、前記第２の制御光パルスの照射により前記並列光パケットのゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ並列光パケットを出力させること、を特徴とする光信号処理装置。
【請求項１０】
前記光信号処理装置にはシリアル−パラレル変換素子と１／４波長板および−１／４波長板の組が２組備えられており、当該シリアル−パラレル変換素子と１／４波長板および−１／４波長板の各々の組は前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられ、前記ビームスプリッタに入力された前記第１および第２の制御光パルスは前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられた１／４波長板と−１／４波長板の各々により互いに逆回りの円偏光に変換されて前記シリアル−パラレル変換素子が有する各々の多重量子井戸構造の１点に照射されること、を特徴とする請求項９に記載の光信号処理装置。
【請求項１１】
前記光分岐手段と前記光遅延手段は平面型光波回路であることを特徴とする請求項７乃至１０の何れかに記載の光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光信号処理装置および光信号処理方法に関し、より詳細には、超高速の光スイッチや小型で高効率の全光シリアル−パラレル変換装置などを実現可能とする光信号処理方法、および、その方法を利用した光信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットに代表されるデータ通信の爆発的増加に伴い、光信号の高速化の要求が高まっている。しかし、１０Ｇｂｐｓ以上の光信号を受光素子で電気信号に変換した後にその電気信号をそのまま従来の電子回路で処理する場合には、以下のような問題が生じる。例えば、光パケット通信では、ルータ等において、光パケットのラベルに含有されるアドレス情報を解読して出力ポートを判別したり、光パケット同士の衝突回避のためにそのパケット信号を任意の時間だけ遅延させたりするようなバッファメモリ機能が必要とされるが、従来の装置ではそれらラベル認識処理やメモリ処理機能はシリコン系のＬＳＩで構成されているため、その動作速度は１Ｇｂｐｓ以下となってしまう。このように、従来のシリコン系電子回路を用いて、高速の光パケット信号に対するラベル認識処理やメモリ処理を実現することは困難になってきている。
【０００３】
そこで、高速光パケット信号を、受光素子を備えたＯ／Ｅ（光／電気）受信回路で電気信号に変換し、ＩｎＰ系またはＧａＡｓ系の電子材料分野における高速電子回路技術を用いた電気クロック信号発生器により、上述の電気信号からクロック信号を抽出するとともに、そのクロック信号により、電気シリアル−パラレル変換器を用いて高速電気信号を複数の低速な電気信号ヘパラレル変換し、その後にラベル認識を可能とする方法が考えられている。
【０００４】
しかし、このような方法では、クロック発生とシリアル−パラレル変換を電子回路に全面的に依存しているため、４０Ｇｂｐｓ程度の伝送速度が限界であると考えられる。また、ＩｎＰ系またはＧａＡｓ系の電子材料分野における高速電子回路技術によりシリアル−パラレル変換を行って複数の低速信号に変換する場合には、高速の電気信号を順次半分の速度に分周する（４０ＧＨｚ→２０ＧＨｚ→・・・→数１００ＭＨｚ）必要があるため、この分周プロセスにおいてかなりの段数（ステップ数）が必要となるのみならず、それぞれの分周のステップにおいてクロック抽出や位相制御などを実行しなければならないという問題も発生する。さらに、これら電子回路を用いた場合は、全体の消費電力も相当大きくなると予想され、しかも、電子回路を用いた従来のクロック抽出では、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）によるフィードバックをかけ、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ０ｓｃｉｌｌａｔｏｒ）の発振周波数をロックする必要があり、バースト的に入力されるパケット信号に対しては、瞬時にクロックを抽出することが不可能である。
【０００５】
一方、上記システムとは別に、高速シリアル光信号のパラレル変換（ｔｉｍｅ  ｔｏ  ｓｐａｃｅ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎともいう）に関するいくつかの研究が行われている。従来の光シリアル−パラレル変換方法としては、高速な光信号を複数に分岐し、それぞれの光信号を高速の光−光スイッチを用いて低速な光信号に変換する方法が知られており、このような方法では、例えば、１００Ｇｂｐｓの高速光信号を１０Ｇｂｐｓの１０本の低速光信号にパラレル変換する場合は、個々の低速光信号に対応して１個の光−光スイッチを用いているために、総計で１０個の光−光スイッチが必要であった。
【０００６】
その他の光シリアル−パラレル変換方法としては、複数の表面出射２次高調波発生（ｓｅｃｏｎｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を用いた方法（非特許文献１）、エキシトン（ｅｘｉｔｏｎ）的巨大非線形効果（ｇｉａｎｔ  ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｅｆｆｅｃｔ）を用いた方法（非特許文献２）、ホログラムを用いた方法（非特許文献３）などがあった。
【０００７】
しかし、複数の光−光スイッチを用いて全光シリアル−パラレル変換する従来方法では、そのシステムはかなり大掛かりなものとなることに加え、消費電力も大きくなるという問題がある。また、表面出射２次高調波発生を用いる従来方法では、非共鳴の光非線形効果を利用しているために、極端に効率が悪く、損失も非常に大きいという問題がある。また、エキシトン的巨大非線形効果を用いる従来方法では、大きな非線形効果を得るためには非線形媒質を液体ヘリウム温度にまで冷却する必要があるなどの問題がある。さらに、ホログラムを用いた従来方法は回折効果を利用しているために、極端に損失が大きいなどの問題がある。このように、従来方法は何れも多大なランニングコストを必要とし、かつ非効率であり、長期にわたって安定した性能を維持することが困難であるという問題を孕んでいる。
【０００８】
本発明者らは、このような問題を解決するための方法として、低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチ（ＬＯＴＯＳ）を開発し（非特許文献４）、小型の全光シリアル−パラレル変換器を実現したが（非特許文献５）、このような光−光スイッチや全光シリアル−パラレル変換器に用いられる多重量子井戸は、動作速度の高速化のために２００℃という低温成長とＢｅドーピングとが必要であり、このような成長条件の制約によって励起子特性が劣化してしまうという問題があった。また、結晶成長そのものが困難であることに加え、ＭＢＥ装置でしか成長できないため、量産化が困難であるという問題があった。
【０００９】
一方、通常の温度範囲（５００〜６００℃）で成長させたノンドープの多重量子井戸層は、励起子特性に優れ大きな光非線形性を有しているため、高いスイッチング効率を実現することが可能であり、かつＭＯＶＰＥ等の成長装置を利用できるために量産化が図れるなどの利点がある反面、そのスイッチング速度は、極めて長いキャリア寿命やスピン緩和時間に律速されるために、高速動作を実現することは困難であった。
【００１０】
【非特許文献１】Shin-Cheng Wang and M. A. Ingram, “Performance Analysis of an Optical Serial-to-Parallel Converter with Erbium-Doped Fiber Amplifier”, Journal of Lightwave Technology, vol. 14, no. 12, pp.2736-2748 (December 1996).
【非特許文献２】K. Ema et. al., “All-optical sub-Tbits/s serial-to parallel conversion using excitonic giant nonlinearity”, Appl. Phys. Lett., vol. 59, no. 22, pp.2799-2801 (1991).
【非特許文献３】P. C. Sun et. al., “All-optical parallel-to-serial conversion by holographic spatial-to-temporal frequency encoding”, Optical Letters, vol. 20, no. 16, pp.1728-1730 (August 15, 1995).
【非特許文献４】R. Takahashi, “Low-temperature-grown surface-reflection all-optical switch (LOTOS)”, Optical and Quantum Electronics, vol. 33, pp.999-1017 (2001).
【非特許文献５】R. Takahashi and H. Suzuki, “1-Tb/s 16-b All-Optical Serial-to-Parallel Conversion Using a Surface-Reflection Optical Switch”, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 15, no. 20, pp.287-289 (February 2003).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、通常の温度範囲（５００〜６００℃）で成長させたノンドープ多重量子井戸層を用いた光スイッチの最大の問題は、動作速度が遅いことである。
【００１２】
本発明はこの問題に鑑みてなされたもので、本発明の第１の目的は、通常成長のノンドープ多重量子井戸層を用いた光信号処理装置（面型光スイッチなど）の超高速光信号処理（スイッチング動作）を実現することであり、本発明の第２の目的は、かかる光スイッチを用いて小型で高効率の全光シリアル−パラレル変換装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上述した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、多重量子井戸構造を有する光スイッチング素子の光信号処理方法であって、前記光スイッチング素子に、右回り又は左回りの第１の円偏光状態を有する第１の制御光パルスを照射してアップ又はダウンの何れか一方のスピン状態にあるキャリアのみを励起する第１のステップと、前記光スイッチング素子に、前記第１の円偏光状態とは逆回りの第２の円偏光状態を有する第２の制御光パルスを照射して他方のスピン状態にあるキャリアのみを励起する第２のステップと、を備え、前記第２の制御光パルスの照射光強度は、当該照射時において前記多重量子井戸構造中で励起状態にある前記一方のスピン状態にあるキャリアを補償するように選択され、前記第１のステップにより光信号のゲートを開にする一方、前記第２のステップにより光信号のゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ信号光を出力させること、を特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、光信号処理装置であって、多重量子井戸構造を有する少なくとも１つの光スイッチと、当該光スイッチに入射させる信号光と第１および第２の制御光パルスの各々の光路を決定するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタにより光路決定された前記第１および第２の制御光パルスを互いに逆回りの円偏光に変換する少なくとも１つの１／４波長板と、前記ビームスプリッタを通過した前記信号光と第１および第２の制御光パルスを集光して前記多重量子井戸構造の１点に照射する集光手段と、を備え、前記第２の制御光パルスの照射光強度は、前記第１の制御光パルスの照射により前記多重量子井戸構造中で励起され且つ当該第２の制御光パルスの照射時において励起状態にある一方スピン状態のキャリアを補償する他方スピン状態のキャリアを励起するように選択され、前記第１の制御光パルスの照射により前記光信号のゲートを開にする一方、前記第２の制御光パルスの照射により前記光信号のゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ信号光を出力させること、を特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光信号処理装置において、前記光信号処理装置には光スイッチと１／４波長板の組が２組備えられており、当該光スイッチと１／４波長板の各々の組は前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられ、前記ビームスプリッタに入力された前記第１および第２の制御光パルスは前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられた各々の１／４波長板により互いに逆回りの円偏光に変換されて前記光スイッチが有する各々の多重量子井戸構造の１点に照射されること、を特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、光信号処理装置であって、多重量子井戸構造を有する少なくとも１つの光スイッチと、当該光スイッチに入射させる信号光と第１および第２の制御光パルスの各々の光路を決定するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタにより光路決定された前記第１の制御光パルスと前記第２の制御光パルスを互いに逆回りの円偏光に変換する少なくとも１組の１／４波長板および−１／４波長板と、前記ビームスプリッタを通過した前記信号光と第１および第２の制御光パルスを集光して前記多重量子井戸構造の１点に照射する集光手段と、を備え、前記第２の制御光パルスの照射光強度は、前記第１の制御光パルスの照射により前記多重量子井戸構造中で励起され且つ当該第２の制御光パルスの照射時において励起状態にある一方スピン状態のキャリアを補償する他方スピン状態のキャリアを励起するように選択され、前記第１の制御光パルスの照射により前記光信号のゲートを開にする一方、前記第２の制御光パルスの照射により前記光信号のゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ信号光を出力させること、を特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光信号処理装置において、前記光信号処理装置には光スイッチと１／４波長板および−１／４波長板の組が２組備えられており、当該光スイッチと１／４波長板および−１／４波長板の各々の組は前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられ、前記ビームスプリッタに入力された前記第１および第２の制御光パルスは前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられた１／４波長板と−１／４波長板の各々により互いに逆回りの円偏光に変換されて前記光スイッチが有する各々の多重量子井戸構造の１点に照射されること、を特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、多重量子井戸構造を有するシリアル−パラレル変換素子を用いてシリアル光信号を複数のパラレル光信号に変換するための光信号処理方法であって、ｋビットの入力光パケット信号を互いに１ビットの位相間隔を有するｋ本の並列光パケットに分岐して前記シリアル−パラレル変換素子に入射する第１のステップと、前記シリアル−パラレル変換素子に、右回り又は左回りの第１の円偏光状態を有する第１の制御光パルスを照射してアップ又はダウンの何れか一方のスピン状態にあるキャリアのみを励起する第２のステップと、前記シリアル−パラレル変換素子に、前記第１の円偏光状態とは逆回りの第２の円偏光状態を有する第２の制御光パルスを照射して他方のスピン状態にあるキャリアのみを励起する第３のステップと、を備え、前記第２の制御光パルスの照射光強度は、当該照射時において前記多重量子井戸構造中で励起状態にある前記一方のスピン状態にあるキャリアを補償するように選択され、前記第１のステップにより光信号のゲートを開にする一方、前記第２のステップにより光信号のゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ並列光パケットを出力させること、を特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、光信号処理装置であって、ｋビットの入力光パケットをｋ本の並列光パケットに分岐する光分岐手段と、当該分岐されたｋ本の並列光パケットの各々が互いに１ビットの位相間隔を有するように位相差を与える光遅延手段と、多重量子井戸構造を有する少なくとも１つのシリアル−パラレル変換素子と、当該シリアル−パラレル変換素子に入射させる前記並列光パケットと第１および第２の制御光パルスの各々の光路を決定するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタにより光路決定された前記第１および第２の制御光パルスを互いに逆回りの円偏光に変換する少なくとも１つの１／４波長板と、前記ビームスプリッタを通過した前記位相遅延された並列光パケットと第１および第２の制御光パルスを集光して前記多重量子井戸構造の１点に照射する集光手段と、を備え、前記第２の制御光パルスの照射光強度は、前記第１の制御光パルスの照射により前記多重量子井戸構造中で励起され且つ当該第２の制御光パルスの照射時において励起状態にある一方スピン状態のキャリアを補償する他方スピン状態のキャリアを励起するように選択され、前記第１の制御光パルスの照射により前記並列光パケットのゲートを開にする一方、前記第２の制御光パルスの照射により前記並列光パケットのゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ並列光パケットを出力させること、を特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光信号処理装置において、前記光信号処理装置にはシリアル−パラレル変換素子と１／４波長板の組が２組備えられており、当該シリアル−パラレル変換素子と１／４波長板の各々の組は前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられ、前記ビームスプリッタに入力された前記第１および第２の制御光パルスは前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられた各々の１／４波長板により互いに逆回りの円偏光に変換されて前記シリアル−パラレル変換素子が有する各々の多重量子井戸構造の１点に照射されること、を特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、光信号処理装置であって、ｋビットの入力光パケットをｋ本の並列光パケットに分岐する光分岐手段と、当該分岐されたｋ本の並列光パケットの各々が互いに１ビットの位相間隔を有するように位相差を与える光遅延手段と、多重量子井戸構造を有する少なくとも１つのシリアル−パラレル変換素子と、当該シリアル−パラレル変換素子に入射させる前記並列光パケットと第１および第２の制御光パルスの各々の光路を決定するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタにより光路決定された前記第１および第２の制御光パルスを互いに逆回りの円偏光に変換する少なくとも１組の１／４波長板および−１／４波長板と、前記ビームスプリッタを通過した前記位相遅延された並列光パケットと第１および第２の制御光パルスを集光して前記多重量子井戸構造の１点に照射する集光手段と、を備え、前記第２の制御光パルスの照射光強度は、前記第１の制御光パルスの照射により前記多重量子井戸構造中で励起され且つ当該第２の制御光パルスの照射時において励起状態にある一方スピン状態のキャリアを補償する他方スピン状態のキャリアを励起するように選択され、前記第１の制御光パルスの照射により前記並列光パケットのゲートを開にする一方、前記第２の制御光パルスの照射により前記並列光パケットのゲートを閉にすることにより、前記第１の制御光パルスの照射時刻ｔと前記第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ並列光パケットを出力させること、を特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の光信号処理装置において、前記光信号処理装置にはシリアル−パラレル変換素子と１／４波長板および−１／４波長板の組が２組備えられており、当該シリアル−パラレル変換素子と１／４波長板および−１／４波長板の各々の組は前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられ、前記ビームスプリッタに入力された前記第１および第２の制御光パルスは前記ビームスプリッタの異なる面側に設けられた１／４波長板と−１／４波長板の各々により互いに逆回りの円偏光に変換されて前記シリアル−パラレル変換素子が有する各々の多重量子井戸構造の１点に照射されること、を特徴とする。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、請求項７乃至１０の何れかに記載の光信号処理装置において、前記光分岐手段と前記光遅延手段は平面型光波回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、通常温度で成長させたノンドープの多重量子井戸層を用いて光スイッチを構成しているため、高効率な光スイッチングが実現可能である。また、本発明は、偏光状態が異なる２つの光パルスを上記のノンドープ多重量子井戸層を備えた例えば面型の光スイッチに順次入射させ、キャリアのスピンに依存する位相空間フィルタリング現象を利用して光スイッチングを行わせるという原理に基づいているため、円偏光を有する第１の制御光パルスが一方のスピンのキャリアを励起することにより光スイッチのゲートを開け、第１の制御光とは逆の円偏光を有する第２の制御光が逆スピンのキャリアを励起し、アップとダウンのスピンが平衡状態となることにより光スイッチのゲートが閉じられる。このため、光スイッチング動作はキャリア寿命やスピン緩和時間に全く依存せず、ゲート幅は２つの制御光パルスの入力時間差のみで決定されるようになるから、高効率かつ超高速の光スイッチング動作が実現される。さらに、このような光スイッチを用いることにより、小型かつ高効率の全光シリアル−パラレル変換器を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施例１：光スイッチング）
図１は本発明の光信号処理方法（光スイッチング方法）を実行するためのシステムの基本構成例を説明するための図であり、図２はその光スイッチング原理を説明するための図である。
【００２６】
一般に、キャリアである電子および正孔は、１つのエネルギ状態に対してアップスピンとダウンスピンの２つのスピン状態を有しており、これらの２つの状態は縮退している。このようなキャリアの存在を光スイッチを構成する多重量子井戸構造中に仮定し、電子と重い正孔とが励起子を形成する遷移状態のエネルギに円偏光を有する制御光の波長を合わせて多重量子井戸構造に入射させる。このとき多重量子井戸構造中に励起されるキャリアのスピン状態は制御光の円偏光状態に依存し、例えば、左回りの円偏光状態の制御光が入射した場合にはアップスピンのみを、右回りの円偏光状態の制御光が入射した場合にはダウンスピンのみを、そして、直線偏光状態の制御光が入射した場合には両方のスピンを、励起することになる。
【００２７】
この様子を図１を参照しながら説明すると、入射側と出射側に設けられた２つのレンズ１１ａ、１１ｂの焦点位置に配置された光スイッチ１２に、一方の偏光状態（以後、「第１の偏光状態」という）を有する第１の制御光パルス１４ａ、この第１の制御光パルスと反対の偏光状態（以後、「第２の偏光状態」という）を有する第２の制御光パルス１４ｂ、および直線偏光状態を有する信号光１５が入射する系を考える。
【００２８】
第１および第２の制御光が共に光スイッチ１２に入射しない状態では、直線偏光を有する信号光１５はその偏光状態を変えることはなく光スイッチ１２から出力（反射）される。従って、信号光１５の偏光状態（偏波）と直交するポラライザ１３を出射側レンズ１１ｂの後方に配置すると、信号光１５はポラライザ１３を殆ど透過することができず、信号光１５の出力（この場合は出力光強度に相当する）は殆どゼロとなる。
【００２９】
これに対して、第１の偏光状態を有する第１の制御光パルス１４ａでダウンスピンのみが励起される場合には、直線偏光の信号光１５のうち、励起されるべきスピンと相互作用する円偏光成分のみが、光スイッチ１２内部で吸収および屈折率の変化を感じることとなる。これは、直線偏光が右回り円偏光と左回り円偏光の合波であることによる。すなわち、この場合、直線偏光の信号光１５を光スイッチ１２に照射すると、同じく光スイッチ１２に照射される制御光が有する円偏光成分と同じ円偏光成分のみが変調を受けることになる。従って、光スイッチ１２で反射された信号光１５の偏光状態は直線偏光から楕円偏光へと変化し、ポラライザ１３を通過することが可能となる。
【００３０】
この場合、図２（ａ）中の（１）および（２）に示したように、最初に励起されたダウンスピン（↓スピン）のキャリアは、数１０ｐｓのスピン緩和時間でアップスピン（↑スピン）ヘと移行していく。このため、光スイッチ１２内部でのダウンスピン数とアップスピン数の差（↓スピン−↑スピン）は、図中（３）のように、数１０ｐｓの時間間隔だけ有限の値を持続し、その後、スピン平衡状態に戻ってゼロとなる。これをポラライザ１３の透過率としてみると、図中（３）に示すように長いテールを引きながら緩やかに減少することなり、高速なスイッチングが不可能となる。なお、光スイッチ１２内部のトータルキャリア数（↓スピン＋↑スピン）は図中（４）に示すように、ナノ秒の寿命で正孔との再結合により消滅することとなる。
【００３１】
上述した第１の制御光パルス１４ａの照射に続き、第１の制御光パルス１４ａとは逆の円偏光を有する第２の制御光パルス１４ｂを光スイッチ１２の同一点に照射すると、この第２の制御光パルス１４ｂはアップスピンのキャリアのみが励起される。このときに励起されるアップスピンのキャリア数は照射する第２の制御光パルス１４ｂの光強度に依存するため、その光強度を調整することにより、図２（ｂ）の（２）に示すように、アップスピンのキャリア数をダウンスピンのキャリア数と強制的かつ瞬時に等しくすることが可能である。光スイッチ１２中でのアップスピンのキャリア数とダウンスピンのキャリア数とが等しくなると、第１および第２の制御光が共に光スイッチ１２に入射しない状態と等価な状態が実現され、直線偏光を有する信号光１５はその偏光状態を変えることなく光スイッチ１２から出力（反射）され、信号光１５はポラライザ１３を殆ど透過することができず、信号光１５の出力（この場合は出力光強度に相当する）は殆どゼロとなる。すなわち、図２（ｂ）の（３）に示すように、急峻にオフ状態へ移行することとなる。
【００３２】
このように、互いに逆回りの円偏光を有する２つの制御光パルスを、時間差をつけて光スイッチ１２に照射し、差動でスピンを励起することにより、キャリア寿命やスピン緩和時間に影響を受けることなく、２つの制御光パルスの時間間隔のみゲートを開かせることが可能となる。
【００３３】
以上の説明を要約すると以下のようになる。多重量子井戸層内にキャリアが励起されると、スピンに依存する位相空間フィリングとスピンに依存しないクーロン相互作用により、励起子吸収飽和が生じる。そのため、右回り円偏光の第１の制御光パルスによりダウンスピンのキャリアのみを励起すると、右回り円偏光と左回り円偏光の合波である直線偏光の信号光の、右回り円偏光成分のみがスピンに依存する位相空間フィリングの影響を受けるため、直線偏光から楕円偏光に変化して光スイッチから反射される。これにより、入力される信号光の偏波と直交したポラライザを出力側に配置すると、制御光の照射がない状態では信号光の出力は得られないが、制御光が照射されると信号光の出力が得られるようになる。
【００３４】
しかし、通常の温度範囲で成長させたノンドープ多重量子井戸層では、光スイッチのゲートはスピンの緩和時間に起因して長いテールを引くこととなる。そこで、第１の制御光パルスと逆の円偏光を有する左回り円偏光の第２の制御光パルスを照射し、アップスピンのキャリアを励起して、アップとダウンのスピンの数を強制的に一致させる。
【００３５】
このとき、光スイッチ内部にキャリアが存在しても、アップスピンの数とダウンスピンの数とが等しければ、信号光の偏光状態は変化せず、直線偏光のまま光スイッチで反射され、出力側に設けられているポラライザを通過することができなくなり、光スイッチをオフ状態へと急峻に移行させることが可能となる。つまり、第１の制御光パルスの照射により光信号のゲートを開にする一方、第２の制御光パルスの照射により光信号のゲートを閉にすることができるから、第１の制御光パルスの照射時刻ｔと第２の制御光パルスの照射時刻（ｔ＋Δｔ）とのインターバルΔｔのみ信号光を出力させることが可能となるのである。
【００３６】
（実施例２：光スイッチング）
図３は、本発明の信号光処理装置である光スイッチング装置の構成例を説明するための図で、この光スイッチング装置は、互いに直交した直線偏光を有する第１および第２の２つの制御光パルス１４ａ、１４ｂを入射して合波するための偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１７と、合波された２つの制御光パルス１４ａ、１４ｂを互いに逆の円偏光の制御光に変換するためのλ／４板（１／４波長板）１８と、これら互いに逆の円偏光状態にある制御光が集光レンズ１１により集光されて照射され信号光１５のスイッチングを行う多重量子井戸構造の面型光スイッチ１２と、第２の制御光パルス１４ｂをＰＳＢ１７へと反射させるためのミラー１９とにより構成されている。
【００３７】
実施例１で説明した原理により、第１の制御光パルス１４ａが光スイッチ１２に照射されると、この光スイッチ１２のゲートは開かれ、第２の制御光パルス１４ｂが照射されることでゲートは完全に閉じられる。よって、第１の制御光パルス１４ａと第２の制御光パルス１４ｂの照射時間の差（タイミング）を調整することにより、光スイッチのゲート幅は自由に変えることができ、そのゲート幅に対応する時間中に光スイッチ１２に入射される信号光１５のみが、ＰＢＳ１７を通過して光スイッチング装置から出力されることとなる。なお、当然のことであるが、制御光の照射がない場合には、信号光１５はＰＢＳ１７でカットされ、この光スイッチング装置からは出力されない。
【００３８】
図４は、図３に示した構成の光スイッチング装置から出力される光の波形（スイッチング波形）を測定した結果を説明するための図で、第１の制御光パルスと第２の制御光パルスの照射間隔（インターバル）を２０ｐｓ、１０ｐｓおよび最適化した場合の結果である。第１の制御光の照射により光スイッチのゲートが開かれた後、スピンの緩和に伴い緩やかなテールが続くが、第２の制御光の照射によりゲートが完全に閉じられているのが分かる。第２の制御光パルスの照射タイミングを最適化することにより、テールを引かず極めて消光比の高いスイッチング波形が得られることが理解できる。
【００３９】
（実施例３：光スイッチング）
実施例２で説明した光スイッチング装置では、信号光の偏光状態を直線偏光として入力する必要があり、偏光無依存動作が不可能となる。本実施例の光スイッチング装置においては、光スイッチを２つ備えることとして偏光無依存動作を可能とする。
【００４０】
図５は、光スイッチを２つ備える本発明の光スイッチング装置の構成例を説明するための図で、この光スイッチング装置では、互いに逆の円偏光を有する第１および第２の２つの制御光パルス（１４ａおよび１４ｂ）をＰＢＳ１７に入射させ、各々の制御光パルスはそれぞれの強度が等しい２つの直線偏光の光に分岐される。これら２つの直線偏光の光はλ／４板（１８ａおよび１８ｂ）で再度円偏光に変換された後、集光レンズ（１１ａおよび１１ｂ）により集光されて２つの光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）の各々の一点に照射される。このような系では、２つの光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）に照射される制御光の強度は等しく、その反射率は等しくなる。
【００４１】
一方、ＰＢＳ１７に入射した信号光１５は、その偏光状態に応じて、強度の異なる２つの直線偏光の光に分けられ、２つの光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）のそれぞれの制御光の照射点と同一の点に照射されることとなる。光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）により反射された信号光は、ＰＢＳ１７によって再び合波されて出力されるが、上述したように、２つの光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）の反射率は互いに等しいため、合波された信号光強度は入力された信号光の偏光状態に無関係に一定となり、偏光無依存動作が得られることとなる。
【００４２】
（実施例４：光スイッチング）
図３および図５で説明した光信号処理装置の構成では、第２の制御光パルスをＰＢＳに入力する際に、第１の制御光とは別のＰＢＳの面から入力させる必要が生じる。本実施例では、第１および第２の制御光をＰＢＳの同一の面から入射させる構成とされる。
【００４３】
図６は、本実施例の光信号処理装置の構成を説明するための図で、第１の制御光パルス１４ａと第２の制御光パルス１４ｂとをＰＢＳ１７の同一面から入射させ、第１の制御光パルス１４ａをλ／４板１８ａにより、第２の制御光パルス１４ｂを−λ／４板１８ｃにより、互いに逆の円偏光状態となるように変換し、このような円偏光状態の制御光パルスを集光レンズ１１で集光して光スイッチ１２に照射する。
【００４４】
この図に示した装置構成においても、既に説明したのと同じ原理により、直線偏光の信号光１５は、第１の制御光パルス１４ａが入力された後に第２の制御光パルス１４ｂが入力されるまでのインターバルの時間間隔のみ出力される。
【００４５】
（実施例５：光スイッチング）
実施例４で説明した光スイッチング装置では、信号光の偏光状態を直線偏光として入力する必要があり、偏光無依存動作が不可能となる。本実施例の光スイッチング装置においては、光スイッチを２つ備えることとして偏光無依存動作を可能とする。
【００４６】
図７は、光スイッチを２つ備える本発明の光スイッチング装置の構成例を説明するための図で、この光スイッチング装置では、互いに逆の円偏光を有する第１および第２の２つの制御光パルス（１４ａおよび１４ｂ）をＰＢＳ１７に入射させ、各々の制御光パルスはそれぞれの強度が等しい２つの直線偏光の光に分岐される。これら２つの直線偏光の光はλ／４板（１８ａおよび１８ｂ）と−λ／４板（１８ｃおよび１８ｄ）で再度円偏光に変換された後、集光レンズ（１１ａおよび１１ｂ）により集光されて２つの光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）の各々の一点に照射される。このような系では、２つの光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）に照射される制御光の強度は等しく、その反射率は等しくなる。
【００４７】
一方、ＰＢＳ１７に入射した信号光１５は、その偏光状態に応じて、強度の異なる２つの直線偏光の光に分けられ、２つの光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）のそれぞれの制御光の照射点と同一の点に照射されることとなる。光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）により反射された信号光は、ＰＢＳ１７によって再び合波されて出力されるが、上述したように、２つの光スイッチ（１２ａおよび１２ｂ）の反射率は互いに等しいため、合波された信号光強度は入力された信号光の偏光状態に無関係に一定となり、偏光無依存動作が得られることとなる。
【００４８】
（実施例６：全光シリアル−パラレル変換）
図８は、本発明の光信号処理方法（全光シリアル−パラレル変換方法）を実行するためのシステムの基本構成例を説明するための図である。なお、この図では簡略化のために、処理すべき光信号が３ビットである場合について記載しているが、ビット数は任意のｋビットであるものとして説明する。ｋビットの直線偏光の入力光パケット２０は、分波器２１によりｋ本の並列光パケットに分けられた後、光遅延器（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）により、ビット間隔τの整数倍ずつの遅延が与えられる。この図ではｋ＝３であるので、光遅延器２２ａによる遅延はゼロ、光遅延器２２ｂによる遅延はτ、そして、光遅延器２２ｃによる遅延は２τ、となる。
【００４９】
このとき、図中の点線枠で示したように、全てのビットが包含される時間窓が存在する。これらのｋ本の光パケットはレンズ１１ａで集光され、光スイッチ１２の１点に照射される。制御光の照射がない状態では、光スイッチ１２を通過した信号光は、ポラライザ１３でカットされるために出力されない。一方、互いに逆の円偏光を有する第１の制御光パルス１４ａおよび第２の制御光パルス１４ｂは、各々が上述した時間窓の前方および後方に位置するように入力され、この状態で光スイッチ１２の同一点上に照射される。
【００５０】
既に説明したように、第１の制御光パルス１４ａの照射により光スイッチ１２のゲートは開けられ、第２の制御光パルス１４ｂによりゲートが閉じられるから、この時間窓内に包含されている光パルスのみがポラライザ１３を通過することが可能となり、この結果、並列光パルス（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）として出力される。
【００５１】
（実施例７：全光シリアル−パラレル変換）
図９は、本発明の全光シリアル−パラレル変換装置の構成例を説明するための図である。なお、この図では簡略化のために、処理すべき光信号が４ビットである場合について記載しているが、ビット数は任意のｋビットであってもよい。４ビットの直線偏光の入力光パケット２０は、分波器２１により４本の並列光パケットに分けられた後、光遅延器（２２ａ、２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄ）により、ビット間隔τの整数倍ずつの遅延が与えられる。この図ではｋ＝４であるので、光遅延器２２ａによる遅延はゼロ、光遅延器２２ｂによる遅延はτ、光遅延器２２ｃによる遅延は２τ、そして、光遅延器２２ｄによる遅延は３τ、となる。
【００５２】
このとき、図中の点線枠で示したように、全てのビットが包含される時間窓が存在する。これらの４本の光パケットはＰＢＳ１７に入射し、レンズ１１で集光されて光スイッチ１２の１点に照射される。一方、互いに直交した直線偏光を有する第１の制御光パルス１４ａおよび第２の制御光パルス１４ｂは、各々が上述した時間窓の前方および後方に位置するように入力され、直進してＰＢＳ１７に入射する第１の制御光パルス１４ａと、ミラー１９により反射されてＰＢＳ１７に入射する第２の制御光パルス１４ｂとが、ＰＢＳ１７内で合わさり、λ／４板１８で互いに逆の円偏光状態を有する制御光に変換され、光スイッチ１２の同一点上に照射される。
【００５３】
既に説明したように、第１の制御光パルス１４ａの照射により光スイッチ１２のゲートは開けられ、第２の制御光パルス１４ｂによりゲートが閉じられる。これら第１の制御光パルス１４ａおよび第２の制御光パルス１４ｂは、各々が時間窓の前後に位置しているため、この時間窓の外にある各光パルスは直線偏光のまま光スイッチ１２で反射され、ＰＢＳ１７によってカットされて出力されることはない。これに対して、時間窓内に包含されている各光パルスは、ＰＢＳ１７を通過してパラレル光信号（１６ａ〜ｄ）として出力される。なお、入力光パケットに対して偏光無依存動作を可能とするためには、図９に示した装置構成を、図５に示した構成のように、光スイッチを２つ備える装置構成とすればよいことはいうまでもない。
【００５４】
（実施例８：全光シリアル−パラレル変換）
図１０は、本実施例の全光シリアル−パラレル変換装置の構成例を説明するための図である。なお、この図では簡略化のために、処理すべき光信号が３ビットである場合について記載しているが、ビット数は任意のｋビットであってもよいことは他の実施例と同様である。
【００５５】
３ビットの直線偏光の入力光パケット２０は、分波器２１により３本の並列光パケットに分けられた後、光遅延器（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）により、ビット間隔τの整数倍ずつの遅延が与えられ、これらの３本の光パケットはＰＢＳ１７に入射し、レンズ１１で集光されて光スイッチ１２の１点に照射される。
【００５６】
一方、互いに直交した直線偏光を有する第１の制御光パルス１４ａおよび第２の制御光パルス１４ｂは、各々が上述した時間窓の前方および後方に位置するように入力され、ＰＢＳ１７の同一面から入射されてＰＢＳ１７内で合わさり、第１の制御光パルス１４ａはλ／４板１８ａにより、第２の制御光パルス１４ｂは−λ／４板１８ｃにより、互いに逆の円偏光状態を有する制御光に変換され、光スイッチ１２の同一点上に照射される。
【００５７】
既に説明したように、第１の制御光パルス１４ａの照射により光スイッチ１２のゲートは開けられ、第２の制御光パルス１４ｂによりゲートが閉じられ、かつ、これら第１の制御光パルス１４ａおよび第２の制御光パルス１４ｂは、各々が時間窓の前後に位置しているため、この時間窓内に包含されている各光パルスのみがパラレル光信号（１６ａ〜ｃ）として出力される。なお、入力光パケットに対して偏光無依存動作を可能とするためには、図７に示した装置構成を、図５に示した構成のように、光スイッチを２つ備える装置構成とすればよいことはいうまでもない。
【００５８】
（実施例９：全光シリアル−パラレル変換）
ｋ本に分岐された光パケットおよび制御光パルスをＰＢＳに導く方法としては、光ファイバアレイを用いる方法や、平面光波回路（ＰＬＣ）を用いる方法などがある。
【００５９】
図１１は、ＰＬＣを用いた全光シリアル−パラレル変換装置の構成例を説明するための図で、図１１（ａ）は断面概略図、図１１（ｂ）はＰＬＣ部分の平面図である。なお、動作原理は既に説明したので、本実施例では、ＰＬＣにより光パケットおよび制御光パルスをＰＢＳに導く方法についてのみ説明する。
【００６０】
入力光パケット２０はＰＬＣ２３内でｋ本（図では１６本）の光パケットに分けられ、ビット間隔の整数倍に相当する正確な遅延が与えられた後、六角形状に配置された４５度ミラーアレイ２４からＰＬＣ２３の表面側に出力される。表面側に出力された光は、同配置形状の２次元のマイクロレンズアレイ２５によってコリメート光に変換されてＰＢＳ１７に送り込まれる。第１の制御光パルス１４ａおよび第２の制御光パルス１４ｂも同様に、ＰＬＣ２３の４５度ミラーアレイ２４から出力され、マイクロレンズアレイ２５のうちの異なる２つのレンズによりコリメート光に変換されてＰＢＳ１７に送り込まれる。この４５度ミラーアレイ２４は、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィーによって作製されるため、極めて正確なピッチが実現される。これと同様にフォトマスクを用いたフォトリソグラフィーにより作製されたマイクロレンズアレイ２５と一括で、アライメントをとることも可能となる。さらに、全体として小型のモジュールを作製することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、通常成長のノンドープ多重量子井戸層を用いた光信号処理装置（面型光スイッチなど）の超高速光信号処理（スイッチング動作）を実現すること、および、かかる光スイッチを用いて小型で高効率の全光シリアル−パラレル変換装置を実現することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の光信号処理方法（光スイッチング方法）を実行するためのシステムの基本構成例を説明するための図である。
【図２】本発明の光スイッチング方法の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の光スイッチング装置の構成例を説明するための図である。
【図４】図３に示した構成の光スイッチング装置から出力される光の波形（スイッチング波形）を測定した結果を説明するための図である。
【図５】光スイッチを２つ備える本発明の光スイッチング装置の構成例を説明するための図である。
【図６】実施例４の光信号処理装置の構成を説明するための図である。
【図７】光スイッチを２つ備える本発明の光スイッチング装置の構成例を説明するための図である。
【図８】本発明の光信号処理方法（全光シリアル−パラレル変換方法）を実行するためのシステムの基本構成例を説明するための図である。
【図９】本発明の全光シリアル−パラレル変換装置の構成例を説明するための図である。
【図１０】実施例８の全光シリアル−パラレル変換装置の構成例を説明するための図である。
【図１１】ＰＬＣを用いた全光シリアル−パラレル変換装置の構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１    レンズ
１２    光スイッチ
１３    ポラライザ
１４ａ  第１の制御光パルス
１４ｂ  第２の制御光パルス
１５    信号光
１６    出力光
１７    ＰＢＳ
１８    λ／４板
１９    ミラー
２０    入力光パケット
２１    分波器
２２    光遅延器
２３    ＰＬＣ
２４    ４５度ミラーアレイ
２５    マイクロレンズアレイ
【図１】
2005055835.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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